Оригинальное название: The Woman Behind the Double Helix

Немногие открытия в современной биологии изменили наше понимание жизни так глубоко, как двойная спиральная структура ДНК. История ее раскрытия часто рассказывается через призму Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика, молодых ученых, которые построили культовую модель в Кембриджском университете в 1953 году. Тем не менее, за этой моделью лежит основа экспериментальных данных, которые не могли быть получены без тщательной, кропотливой работы Розалинд Франклин, физического химика и рентгеновского кристаллографа. Вклад Франклина, давно затменный и иногда активно отвергнутый, теперь признан необходимым для прорыва. Ее фотография 51, самое острое дифракционное изображение ДНК, когда-либо замеченное в то время, предоставила критические доказательства, которые позволили Уотсон и Крик вывести спиральное расположение молекулы. Эта статья исследует полную дугу карьеры Франклин, от ее раннего образования до ее последних лет в вирусологии, и рассматривает как обстоятельства, которые привели к ее маргинализации, так и современную переоценку ее наследия.

Ранняя жизнь и образование

Розалинда Элси Франклин родилась 25 июля 1920 года в Ноттинг-Хилле, Лондон, в хорошо зарекомендовавшей себя еврейской семье. Её отец, Эллис Франклин, был банкиром, который позже стал научным сотрудником Лондонского университета; её мать, Мюриэл Уэйли Франклин, происходила из семьи интеллектуалов и филантропов. Домашнее хозяйство Франклина ценило образование и общественную службу, но стремление Розалинды к науке встретило сопротивление. Её отец, как и многие мужчины его эпохи, придерживался консервативных взглядов на роли женщин и первоначально выступал против её желания изучать науку в университете. Лишь после упорной пропаганды Розалинды и её матери он смягчился.

Франклин посещала школу девочек Святого Павла в Лондоне, одно из немногих учреждений, которые обеспечивали строгую научную подготовку для молодых женщин. Там она преуспела в химии, физике и латыни и развила любовь к точности и порядку. В 1938 году она поступила в колледж Ньюнхэма, Кембридж, чтобы изучать естественные науки Трипос. Она окончила в 1941 году, но Кембридж не присуждал полные степени женщинам в то время; она позже получила титульную степень задним числом. Ее академическая успеваемость была достаточно сильной, чтобы заработать ей исследовательскую должность при Рональде Норрише, будущем Нобелевском лауреате по химии, в Кембриджском университете.

Ранние исследования угля и углерода

Норриш поручила Франклин изучить физическую химию угля, казалось бы, мирскую тему, которая оказалась бы удивительно плодотворной. Она исследовала микропористую структуру различных типов угля и то, как они адсорбировали газы. Ее работа привела к докторской степени из Кембриджа в 1945 году и выпустила несколько работ, которые улучшили эффективность противогазов во время Второй мировой войны. Что более важно, Франклин развила глубокую признательность за точный, систематический сбор и анализ данных. Она научилась интерпретировать рентгеновские дифракционные паттерны неупорядоченных углеродных материалов, навык, который будет служить ей хорошо позже. Эта ранняя фаза ее карьеры, часто упускаемая из виду, установила ее как строгого и независимого ученого, который мог бы справиться со сложными экспериментальными проблемами.

Освоение рентгеновской кристаллографии в Париже

После войны Франклин искала более стимулирующую научную среду. В 1947 году переехала в Париж, чтобы работать в Laboratoire Central des Services Chimiques de l'État, где присоединилась к группе Жака Меринга. Там она выучила рентгеновскую кристаллографию, технику, которая использует дифракцию рентгеновских лучей через кристаллические материалы для определения атомных структур. Франклин быстро преуспела. Она применила метод к богатым углеродом веществам, таким как графит и неупорядоченные углероды, производя одни из самых четких изображений их внутренних структур. Ее работа по графитизации углерода продемонстрировала переход от случайных к упорядоченным атомным устройствам и заработала ей солидную репутацию среди кристаллографов.

Франклин любила свое время во Франции. Она процветала в коллаборативной, менее иерархической среде французской лаборатории, где коллеги уважали ее интеллект и перфекционизм. Она опубликовала несколько статей во французских журналах и свободно владела языком. Когда она в конце концов вернулась в Англию, она принесла с собой не только технический опыт, но и сильное чувство профессиональной независимости.

Исследование в Королевском колледже Лондона: начинается проект ДНК

В 1950 году Франклину предложили трёхлетнюю стипендию в Королевском колледже Лондона в лаборатории профессора Джона Рэндалла. Положение было частью более широких усилий по пониманию структуры ДНК, которая, как уже было известно, несет генетическую информацию, но трехмерная форма которой осталась неизвестной. Рэндалл поручил Франклину улучшить рентгеновское дифракционное оборудование и получить четкие изображения волокон ДНК. Другой исследователь, Морис Уилкинс, уже начал работу над ДНК в Кинге, но он был временно в отъезде, когда прибыл Франклин. Последовавшее за этим недоразумение сформировало весь ход открытия.

Рэндалл написал Уилкинсу письмо, в котором заявил, что Франклин будет его помощником, но сам Франклин никогда не сообщал об этом. Когда Уилкинс вернулся, он предположил, что Франклин была технической поддержкой, а Франклин считал, что она является независимым исследователем с равным статусом. Это несоответствие подготовило почву для горького профессионального соперничества. Франклин, привыкший к эгалитарной французской системе, обнаружил атмосферу у Кинга удушающей. Уилкинс, со своей стороны, почувствовал, что Франклин посягнул на его территорию. Общение между ними сломалось почти полностью.

Две формы ДНК и фотография 51

Несмотря на личные трения, Франклин добилась быстрого прогресса. В течение нескольких месяцев она построила рентгеновскую камеру высокого разрешения и произвела дифракционные паттерны гораздо чище, чем любые полученные ранее. Она идентифицировала две различные формы ДНК: форму «А», которая появилась в более сухих, кристаллических условиях, и форму «В», которая появилась в более гидратированных, волокнистых условиях. Франклин методично записал условия, которые давали каждую форму и начал вычислять размеры повторяющейся единицы.

В мае 1952 года Франклин и её аспирант Раймонд Гослинг захватили изображение формы B, ставшее легендарным: Фотография 51. Дифракционная картина показала чёткое X-образное расположение пятен, классическую подпись спиральной структуры. Франклин и Гослинг провели месяцы, анализируя данные. Они измерили шаг спирали, расстояние между парами оснований и диаметр молекулы. К началу 1953 года Франклин уже вывел, что снаружи спирали должен лежать хребет сахар-фосфат и что азотистые основания укладываются внутрь, как ступени на лестнице. Этот вывод был прямо противоположным преобладающему среди других исследователей убеждению, что хребет проходит через центр.

Несанкционированный обмен данными

В начале 1953 года администрация Кингс-колледжа решила перевести Франклина в Биркбек-колледж, фактически завершив её работу над ДНК. Перед отъездом Уилкинс без ведома и разрешения Франклина показала Фотография 51 Джеймсу Уотсону во время визита в Кингс. Уотсон позже написал, что, увидев изображение, его «рот распахнулся» и его «пульс начал мчаться». Этот образец был безошибочно спиральным. Этот единственный акт несанкционированного раскрытия предоставил ключевое понимание, которое позволило Уотсону и Крику построить свою модель. Они также получили доступ к внутреннему отчету Совета медицинских исследований (MRC), который написал Франклин, который содержал её точные измерения размеров спирали. Уотсон и Крик использовали как изображение, так и расчеты для построения двойной спирали.

Собственная аналитическая работа Франклина

Между тем Франклин продолжала свой анализ самостоятельно. Она подготовила подробный отчет о своих выводах, который она представила в MRC. В нем она заявила, что ДНК представляет собой спираль с двумя или тремя нитями, что фосфатные группы находятся снаружи, и что количество пар оснований на поворот можно определить по данным дифракции. Она не построила физическую модель — она предпочла математически выводить структурные особенности из дифракционных моделей — но ее выводы тесно соответствовали тому, что Ватсон и Крик в конечном итоге построили. Если бы ей дали время и совместную среду, она могла бы сначала опубликовать правильную структуру.

Публикация и Нобелевская премия

В апреле 1953 года в журнале появились три статьи о структуре ДНК. Природа Сначала была опубликована статья Уотсона и Крика о модели двойной спирали (9 апреля), затем две статьи 25 апреля: одна Уилкинса, Стокса и Уилсона, оказывающие экспериментальную поддержку, а другая Франклина и Гослинга, детализирующие их рентгеновские данные. В статье Франклина, озаглавленной «Молекулярная конфигурация в тимонуклятом натрие», были представлены дифракционные доказательства и даны точные размеры: интервал 3,4 ангстрема между парами оснований и высотой 34 ангстрема. Она также показала, что спиральная структура сохранялась как в формах A, так и B. Однако, поскольку ее бумага появилась после Уотсона и Крика, ее часто рассматривали как простое подтверждение, а не фундаментальные доказательства, которыми она была на самом деле.

Научное сообщество быстро причислило Уотсона и Крика к числу первооткрывателей. В 1962 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине получили Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс. Розалинда Франклин умерла от рака яичников в 1958 году в возрасте 37 лет. Нобелевский комитет не присуждает премии посмертно, поэтому ее нельзя было считать. Более того, даже если бы она и жила, не факт, что она была бы включена, поскольку премия была присуждена за концептуальную модель, а не за экспериментальные данные, лежащие в ее основе. Ее исключение остается одной из самых обсуждаемых несправедливостей в истории науки.

Дальнейшая карьера в Биркбекском колледже: вклад в вирусологию

После ухода из Королевского колледжа в 1953 году Франклин переехала в Биркбекский колледж, где основала собственную лабораторию рентгеновской кристаллографии. Она обратила внимание на РНК-вирусы, область, которая тогда находилась в зачаточном состоянии. Её основным предметом был вирус табачной мозаики (TMV), растительный вирус, который служил моделью для понимания вирусной сборки. Франклин и её небольшая команда использовали рентгеновскую дифракцию для определения расположения белковых субъединиц и расположения вирусной РНК. Они показали, что ТМВ состоит из одной нити РНК, свернутой внутри спиральной белковой оболочки, причем каждая белковая субъединица расположена в точном спиральном рисунке.

Работа Франклина над ТМВ была новаторской. Она продемонстрировала, что те же кристаллографические принципы, используемые для решения ДНК, могут быть применены к более крупным, более сложным макромолекулярным ассамблеям. Она опубликовала 17 статей о вирусах в течение последних пяти лет своей жизни, каждая из которых характеризуется тщательными экспериментальными деталями и тщательной интерпретацией. Ее исследования структуры вируса полиомиелита (полиовируса) и других вирусов растений послужили основой для последующих усилий в структурной вирусологии и разработке противовирусных препаратов.

Болезнь и последние годы

В 1956 году Франклин диагностировали рак яичников. Она перенесла операцию и экспериментальную химиотерапию, но болезнь продолжала прогрессировать. На протяжении всей болезни она поддерживала активный график исследований, часто работая со своей больничной койки. Она продолжала контролировать свою исследовательскую группу, просматривать рукописи и готовить статьи для публикации. Ее последняя крупная статья, о структуре ТМВ, была опубликована посмертно в 1958 году. Она умерла 16 апреля 1958 года в Челси, Лондон, в возрасте 37 лет.

Этика обмена данными и гендерная дискриминация

История Франклина поднимает глубокие вопросы о научной этике и роли пола в академическом признании. Несанкционированное распространение фотографии 51 без согласия Франклина является явным нарушением исследовательских норм. Использование Уотсон и Крик ее данных без надлежащего атрибуции, наряду с их пренебрежительным изображением Франклин в мемуарах Уотсона Двойная спираль (1968), способствовало десятилетиям недооценки. Структурный сексизм академических кругов середины двадцатого века также сыграл свою роль: женщины-ученые часто исключались из дискуссий на высоком уровне, им отказывали в равном доступе к объектам и, как ожидается, будут выполнять подчиненные роли.

Эти вопросы не просто исторические. Они продолжают резонировать в современной науке, где кредит на открытие часто неравномерно распределен, и где вклад женщин и исследователей меньшинств все еще может быть пропущен. Дело Франклина стало краеугольным камнем для дискуссий об обмене данными, атрибуции и необходимости прозрачной коммуникации в исследовательских группах.

Наследие и современное признание

В течение десятилетий после ее смерти роль Розалинд Франклин в открытии ДНК была либо маргинализирована, либо полностью проигнорирована. мемуары Уотсона изображали ее как агрессивного, некооперативного и технически компетентного, но не вдохновленного ученого - карикатура, которую феминистские историки науки, такие как Энн Сайр в ее биографии 1975 года, Розалинд Франклин и ДНК, работали, чтобы исправить. Сэйр утверждал, что Франклин был не только блестящим экспериментатором, но и грозным интеллектом, чьи выводы о ДНК были независимо правильными.

Сегодня Франклин признана равноправным участником открытия двойной спирали. Многочисленные учреждения назвали здания, награды и профессорские должности в ее честь. Королевское общество учредило премию Розалинд Франклин в 2003 году для поддержки женщин в науке, технике, технике и математике. Европейское космическое агентство назвало свой ровер ExoMars Розалинд Франклин в 2019 году. Институт Франклина в Филадельфии присуждает медаль Розалинд Франклин. Ее история стала символом настойчивости перед лицом исключения и ценности строгой экспериментальной работы в физических науках.

Ключевые уроки карьеры Франклина

  • Точность имеет значение. Тщательное измерение Франклином спиральных параметров дало Уотсону и Крику численные данные, необходимые для построения их модели.
  • Научная заслуга не всегда справедлива.[1] Она никогда не получала Нобелевскую премию, но ее работа теперь преподается как основополагающая наряду с моделью.
  • Устойчивость перед лицом исключения. После того, как она была вынуждена отказаться от проекта ДНК, она переключилась на вирусологию и внесла в него не менее важный вклад.
  • Этические стандарты в обмене данными. Несанкционированное использование ее данных подчеркивает важность согласия и надлежащей атрибуции в совместной науке.

Для дальнейшего чтения см. профиль природы на Розалинд Франклин , архив Королевского колледжа ее документов и Национальная медицинская библиотека онлайн-выставка . Дополнительная информация доступна из биографических ресурсов Института Франклина .

Заключение

Вклад Розалинд Франклин в открытие двойной спирали ДНК не просто поддерживал, они были основополагающими. Ее рентгеновские дифракционные изображения, особенно фотография 51, и ее аналитические расчеты обеспечили эмпирическую основу для модели, которая преобразовала биологию. Без ее данных Уотсон и Крик не имели бы критических доказательств для создания их двойной спирали. Помимо ДНК, ее новаторская работа по структуре вирусов проложила путь для молекулярной вирусологии. История Франклина напоминает нам, что наука зависит не только от творческих скачков, но и от кропотливой, количественной работы людей, которые требуют точности. Ее наследие сохраняется в каждом учебнике, который учит двойной спирали и в каждой лаборатории, где кристаллограф собирает данные с той же дисциплиной, которую она принесла на свою скамью.